Nd2Fe14B/α″-(FeCo)16N2复合膜磁性的模拟计算

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稀土材料在我们的生活的各个领域中都有广泛的应用,给我们的生活带来很大的便利。由于稀土资源有限,基于对稀土资源的保护,科学家们致力于研究少稀土或者无稀土的永磁材料来替代稀土永磁材料,经过多年的研究,科学家们发现软磁和硬磁相复合的薄膜可以达到大的磁能积。永磁材料的磁性能受多方面因素的影响,例如多层膜材料本身的性质、形状、膜的厚度、结构和易轴方向等。Nd2Fe14B具有大的磁晶各向异性和比较大的饱和磁化强度。α'-Fe16N2是所有材料中饱和磁化强度最大的,但是由于α'-Fe16N2生成相区很窄,所以其相很难制备,实验证实加入 Co有利于α'-Fe16N2相的生成稳定性。所以我们分别以Nd2Fe14B和α″-(FeCo)16N2作为硬磁材料和软磁材料。另外薄膜的厚度对材料磁能积也会有重要的影响。实验研究表明8 nm的Nd2Fe14B薄膜有良好的磁性能,因此在本文理论计算所设计的模型中Nd2Fe14B的厚度设定为8 nm。运用微磁学模拟OOMMF软件,用理论计算研究了体系的形状、膜的厚度、结构和易轴的方向对材料磁性能的影响。主要研究内容如下:  (1)研究了立方体、圆柱、圆环三种模型的磁性能。对比三种不同形状模型的磁性能,得到最佳的模型形状。进一步研究了软磁层厚度变化时,材料磁性能的变化情况。  (2)固定软磁层和硬磁层总厚度,改变体系的结构,研究双层膜 Nd2Fe14B(8 nm)/α″-(FeCo)16N2(7 nm)和三层膜Nd2Fe14B(4 nm)/α″-(FeCo)16N2(7 nm)/Nd2Fe14B(4 nm)两种结构下系统的磁性能。三层膜结构表现出较优磁性能可能是由于三层膜中具有两个交界面,其钉扎为双面钉扎,而双层膜结构只有一个交界面,为单面钉扎,所以三层膜是得到大磁能积材料的优化结构。由于三层膜表现出较好的磁性能,所以我们进一步研究三层膜的结构对磁性能的影响,计算当三层膜结构变化时的磁性能。在以上计算结果的基础上,进一步计算易轴偏角β和交换作用常数Ahs不同时体系的磁性能。  (3)研究总厚度不变改变层数和改变周期数多层膜体系。当控制体系总厚度不变,层数改变时,研究磁性能的变化情况。进一步以双层膜为一个周期,计算多层膜随着周期数的增大,体系磁性能的变化情况。
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